REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIN

SUPERIOR INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO

SANTIAGO MARIO EXTENSIN CARACAS

TECNOLOGA DE LOS MATERIALES

TRABAJO UNIDAD IV

Diagramas de equilibrio Hierro-Carbono

Autor: Willian J, Cabrera C. C.I. V-15.343.309

Caracas, Enero del 2015

N D I C E G E N E R A L

pp.

INDICE GENERAL... ii

LISTA DE FIGURAS.... iv

RESUMEN.. v

INTRODUCCIN.. 1

CAPITULO

I. SISTEMAS EUTECTICOS........................ 3

Reaccin Eutctica....... 4

Composiciones Para no Eutcticas....... 6

Tipos..... 7

Aleaciones........... 7

Otros......... 8

Eutectoide......... 9

Calculo Eutctico......... 10

Diagrama Eutctico Simple.......... 10

Sistema Agua............. 12

Mezcla Frigorfica........ 12

Funcionamiento de la Mezcla Frigorfica.. 13

Explicacin Termodinmica.. .... 15

Formacin del Helado..... 17

II. SISTEMA PERITECTICO.......................... 19

Peritectica........ 21

Peritectoide......... 22

Diagrama Peritectico...... 23

III. FASES INTERMETALICAS.......................... 26

CONCLUSIONES.. 28

REFERENCIAS. 29

L I S T A D E F I G U R A S

FIGURA pp.

1 Reaccin Eutctica... 5

2 Microfotografa de la Estructura Resultante de la Transformacin

Eutctica..... 5

3 Diagrama de Equilibrio Solido Liquido .. 12

4 Diagrama de Fases del Agua .... 15

5 Diagrama con Punto Peritectico..... 23

6 Diagrama Binario con Pertectico y Curvas de Enfriamiento.. 24

7 Fase p Rodeado por N ....... 25

8 Fases Intermetalicas........ 27

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO

SANTIAGO MARIO EXTENSIN CARACAS

INGENIERIA INDUSTRIAL

DIAGRAMAS HIERRO-CARBONO

Lnea de Investigacin: Tecnologa de los Materiales

Autor(a): Willian J, Cabrera C Tutor(a): Ing. Luis Medina

Mes, Ao: Enero, 2.014

RESUMEN

Se analiz la fluidez de aleaciones pertenecientes a sistemas

eutcticos, en un rango de composiciones variable alrededor de la composicin eutctica, en trminos de las microestructuras de solidificacin. La fluidez se tom como la distancia recorrida por el metal lquido, en un canal de seccin transversal pequea, hasta que se detiene por solidificacin (Lf: Largo de Fluidez). De los resultados obtenidos y del anlisis de las microestructuras de solidificacin se observ que la fluidez de aleaciones de sistemas eutcticos depende del tipo de eutctico. Adems, las aleaciones que tienen eutcticos con estructura regular (del tipo no facetado-no facetado) presentan un mximo de fluidez en la composicin eutctica, mientras que las aleaciones que tiene eutcticos con estructura anmala (del tipo facetadono facetado), el mximo de fluidez est corrido hacia el lado de la fase facetada la cual presenta la entropa de fusin ms alta en el diagrama de fases. De igual manera se ver el modelo de diagrama eutctico simple, como tambin lo sistemas peritecticos y las fases intermetalicas, lo cual nos dar una visin muy amplia sobre el tema y sus distintas aplicaciones.

Descriptores: Diagramas, Tipos, Caractersticas, Modelos.

1

INTRODUCCION

El objetivo principal de este trabajo es desarrollar dar a conocer sobre los

sistemas Eutcticos, y Peritecio, en la que podemos sealar que la ciencia de

los materiales surgi despus de la Segunda Guerra Mundial, como respuesta a

la necesidad de producir materiales con propiedades especializadas. Los

primeros intentos de modificar cientficamente las propiedades de la materia se

remontan a principios del siglo pasado, cuando los conocimientos de

cristalografa, estado slido y fsica atmica convirtieron el arte de la metalurgia

en ciencia. De all parte la creacin de nuevas aleaciones, como el acero, que

es el resultado de la aleacin de hierro y carbono en diferentes proporciones. La

definicin en porcentaje de carbono corresponde a los aceros al carbono, en los

cuales este no metal es el nico aleante, o hay otros pero en menores

concentraciones. Es utilizado, por ejemplo, en construccin, cascos de barcos,

maquinaria, carrocera de automviles, equipos qumicos, etc.

Los diagramas de equilibrio son grficas que representan las fases y

estado en que pueden estar diferentes concentraciones de materiales que

forma una aleacin a distintas temperaturas.

La mayora de los diagramas de fase han sido construidos segn

condiciones de equilibrio, siendo utilizadas por ingenieros y cientficos para

entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de materiales;

debido a que aportan valiosa informacin sobre la fusin, el moldeo, la

cristalizacin y otros fenmenos.

El acero se calienta a una temperatura determinada, se mantiene a esa

temperatura durante un cierto tiempo hasta que se forma la estructura deseada

2

y entones se enfra a una velocidad conveniente, dependiendo del tratamiento

trmico que le sea aplicado, adquiriendo as, gran flexibilidad y dureza.

3

CAPITULO I

SISTEMAS EUTECTICOS

Eutctico es una mezcla de dos componentes con punto de

fusin (solidificacin) o punto de vaporizacin (licuefaccin) mnimo, inferior al

correspondiente a cada uno de los compuestos en estado puro. Esto ocurre

en mezclas que poseen alta estabilidad en estado lquido, cuyos componentes

son insolubles en estado slido.

En mezclas que presentan solubilidad total en estado slido, la

temperatura de solidificacin de la mezcla estar comprendida entre las

correspondientes a cada uno de los componentes en estado puro. De manera

que al aumentar la concentracin del componente de temperatura de

solidificacin ms baja, disminuir la temperatura de solidificacin de la

mezcla. Dados un disolvente y un soluto insolubles en estado slido, existe

para ellos una composicin llamada mezcla eutctica en la que, a presin

constante, la adicin de soluto ya no logra disminuir ms el punto de fusin.

Esto hace que la mezcla alcance el punto de congelacin (en caso de lquidos,

licuefaccin) ms baja posible y ambos se solidifiquen a

esa temperatura (temperatura eutctica).

En procesos a presin constante, el cambio de estado en el caso de un

eutctico, a diferencia de las mezclas, tiene lugar a temperatura constante,

como en el caso de componentes puros.

La solidificacin comienza formndose un primer ncleo del

componente A, y a continuacin otro ncleo de metal B. Este proceso se repite

continuamente, de manera que las dos fases A y B se disponen en forma de

http://es.wikipedia.org/wiki/Mezclahttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Solidificaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_vaporizaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Disolventehttp://es.wikipedia.org/wiki/Solutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

4

lminas entremezcladas. No forman una estructura uniforme como sera el

caso de sustancias con solubilidad total en estado slido.

Se entiende por eutctica (del griego: de buena fusin; F. Gauthrie,

1884) a la mezcla de slidos ntimamente conectados, que posee un punto de

fusin ms bajo que el que poseen los compuestos individualmente. Por

ejemplo: sea el slido A impurificado con B, los puntos de fusin respectivos

son PfA y PfB y PfA

5

Figura 1. Reaccin eutctica.

Asimismo, podemos observar que la microestructura que proviene de

la reaccin eutctica es muy caracterstica. Consiste en una estructura

laminada en la que los dos componentes de la aleacin A puro y B puro, se

disponen en capas alternadas.

En este tipo de reaccin incluso durante el enfriamiento lento de la

muestra con composicin eutctica a la temperatura eutctica, el sistema

debe transformarse desde el estado lquido al estado slido con relativa

rapidez. La limitacin existente en el tiempo disponible para la

transformacin evita una difusin significativa. La segregacin de los tomos

de A y B (que se encontraban mezclados de forma aleatoria en el estado

lquido) en fases slidas distintas debe llevarse a cabo, por consiguiente, a

corta escala. Aparecern en general distintas morfologas para los distintos

sistemas eutcticos, pero siempre que sean estables, por lo general, tendrn

tamao de grano fino.

Figura 2. Microfotografa de la estructura resultante de la transformacin eutctica.

6

Una Reaccin eutectoide es un proceso metalrgico que ocurre en

las aleaciones binarias con cierta concentracin de los aleantes.

La aleacin con composicin eutctica en estado slido, al ser enfriada

lentamente, llega a una temperatura de solidificacin denominada temperatura

eutctica, en donde ocurre la reaccin: solido1solucin slida alfa + solucin

slida beta, llamada reaccin eutctoide. Es una reaccin invariante, ya que

tiene lugar bajo condiciones de equilibrio a temperatura especfica y a

composicin de la aleacin invariable (de acuerdo con la regla de

Gibbs, ). Durante la reaccin eutctica coexisten tres fases y estn en

equilibrio, por lo que se presenta una estabilizacin trmica horizontal en la

temperatura eutctica en la curva de enfriamiento de la aleacin de

composicin eutctica.

Todas las fases resultantes en este proceso son slidas: durante el

enfriamiento, las fases cambian su concentracin de soluto por difusin en

estado slido, sin embargo, ya que la difusin es lenta a bajas temperaturas,

nunca se alcanza el equilibrio normal y esto se materializa en la diferente

estructura que adoptan los tomos, agrupndose en zonas en las cuales los

aleantes estn claramente diferenciados, como por franjas, por varillas,

globular o acicularmente.

Composiciones Para no Eutcticas

Las composiciones de los sistemas eutcticos que no son la

composicin eutctica se definen comnmente para ser hipoeutctica

hipereutctica. Hipoeutctica composiciones son composiciones a la izquierda

de la composicin eutctica y composiciones hypereutectic son composiciones

a la derecha. Como se baja la temperatura de una composicin no eutctica

la mezcla lquida se precipitar uno de los componentes de la mezcla antes

que el otro.

http://es.wikipedia.org/wiki/Metalurgiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Regla_de_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/Regla_de_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/Fase_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Difusi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Difusi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo

7

Tipos

Aleaciones

Aleaciones eutcticas tienen dos o ms materiales y tener una

composicin eutctica. Cuando una aleacin eutctica no se solidifica, sus

componentes se solidifican a diferentes temperaturas, que exhibe un intervalo

de fusin de plstico. Una aleacin eutctica solidifica a una nica temperatura

fuerte. A la inversa, cuando una, aleacin eutctica bien mezclado se funde lo

hace a una sola temperatura. Las diversas transformaciones de fase que se

producen durante la solidificacin de una composicin de aleacin particular,

pueden ser entendidos trazando una lnea vertical desde la fase lquida a la

fase slida en el diagrama de fases para que la aleacin.

Algunos usos incluyen:

Aleaciones eutcticas para equipos de soldadura, compuestos de

estao, plomo y, a veces de plata o de oro

Aleaciones de fundicin, tales como aluminio-silicio y hierro fundido

Chips de silicio estn unidos a sustratos revestidos de oro a travs de

una eutctica de silicio-oro por la aplicacin de energa ultrasnica para

el chip. Ver unin eutctica.

Soldadura fuerte, donde la difusin puede eliminar elementos de

aleacin de la articulacin, de modo que eutctico de fusin slo es

posible temprano en el proceso de soldadura

Respuesta de la temperatura, por ejemplo, De metal de madera y metal

del Campo de rociadores contra incendios

Reemplazos de mercurio no txicos, tales como galinstan

Metales vtreos experimentales, con muy alta resistencia y resistencia

a la corrosin

8

Aleaciones eutcticas de sodio y de potasio que son lquidos a

temperatura ambiente y se utiliza como refrigerante en los reactores

nucleares de neutrones rpidos experimentales.

Otros

Cloruro de sodio y el agua forman una mezcla eutctica. Tiene un punto

de -21,2 C y 23,3% de sal en masa eutctica. La naturaleza eutctica de la sal

y el agua se explota cuando la sal se propaga en las carreteras para ayudar a

la remocin de nieve, o mezclado con hielo para producir bajas temperaturas.

'La sal solar', 60% y 40% NaNO3 KNO3, forma una mezcla de sal

fundida eutctica que se utiliza para el almacenamiento de energa trmica en

plantas de energa solar concentrada. Para reducir el punto de fusin eutctico

en el sales fundidas nitrato de calcio solar se utiliza en esta proporcin: 42%

de Ca2, 43% y 15% de KNO3 NaNO3.

Lidocana y la prilocana, ambos slidos a temperatura ambiente,

forman un eutctico que es un aceite con un punto de fusin 16 C, que se

utiliza en la mezcla eutctica de anestsicos locales preparaciones.

El mentol y el alcanfor, ambos slidos a temperatura ambiente, forman

un eutctico que es un lquido a temperatura ambiente en proprotions 08:02,

07:03, 06:04 y 05:05 - Ambas sustancias son ingredientes comunes en las

preparaciones extemporneas farmacia.

Los minerales se pueden formar mezclas eutcticas en rocas gneas,

dando lugar a texturas intercrecimiento caractersticos tales como la de

granophyre.

Algunas tintas son mezclas eutcticas, permitiendo que las impresoras

de inyeccin de tinta para operar a temperaturas ms bajas.

9

Eutectoide

Cuando la solucin por encima del punto de transformacin es slido,

en vez de lquido, puede producirse una transformacin eutectoide anloga.

Por ejemplo, en el sistema hierro-carbono, la fase de austenita puede

someterse a una transformacin eutectoide para producir ferrita y cementita, a

menudo en estructuras laminares, tales como perlita y bainita. Este punto

eutectoide se produce a 727 C y alrededor de 0,76% de carbono.

Eutectoide es un proceso metalrgico que ocurre en las aleaciones

binarias con cierta concentracin de los aleantes. La aleacin con composicin

eutctica en estado slido, al ser enfriada lentamente, llega a una temperatura

de solidificacin denominada temperatura eutctica, en donde ocurre la

reaccin: solido1solucin slida alfa + solucin slida beta, llamada reaccin

eutctoide. Es una reaccin invariante, ya que tiene lugar bajo condiciones de

equilibrio a temperatura especfica y a composicin de la aleacin invariable

(de acuerdo con la regla de Gibbs, F=0). Durante la reaccin eutctica

coexisten tres fases y estn en equilibrio, por lo que se presenta una

estabilizacin trmica horizontal en la temperatura eutctica en la curva de

enfriamiento de la aleacin de composicin eutctica.

Todas las fases resultantes en este proceso son slidas: durante el

enfriamiento, las fases cambian su concentracin de soluto por difusin en

estado slido, sin embargo, ya que la difusin es lenta a bajas temperaturas,

nunca se alcanza el equilibrio normal y esto se materializa en la diferente

estructura que adoptan los tomos, agrupndose en zonas en las cuales los

aleantes estn claramente diferenciados, como por franjas, por varillas,

globular o acicularmente.

10

Clculo Eutctico

La composicin y la temperatura de un eutctico se pueden calcular a

partir de la entalpa y la entropa de fusin de cada uno de los componentes.

Diagrama Eutctico Simple

Los primeros investigadores en aplicar estas tcnicas fueron Sekiguchi

y Obi quienes obtuvieron mezclas eutcticas y soluciones slidas por fusin

de frmacos de baja solubilidad con substancias fisiolgicamente inertes,

rpidamente solubles en agua, como la urea y el cido succnico. El frmaco

y el vector soluble se mezclan y se calientan hasta fusin; el lquido

homogneo se enfra y, una vez al estado slido, la masa se reduce a polvo y

se tamiza a travs de un tamz de malla apropiada. Cuando este tipo de

sistema se introduce en agua, la substancia soluble se disuelve rpidamente

y el medicamento poco soluble se libera en un estado de divisin muy fino lo

que contribuye a aumentar su solubilidad y su velocidad de disolucin.

Considerando los aspectos tericos del procedimiento, los podemos

resumir diciendo que cuando dos substancias se funden conjuntamente, los

lquidos resultantes pueden ser:

No miscibles

parcialmente miscibles

Completamente miscibles

Los diagramas de fases de los sistemas pueden damos informacin til

acerca de estos fenmenos. En el caso de substancias no miscibles, el

diagrama de fases es muy simple, siempre que no se formen compuestos

intermedios. En el caso de la figura 1.3, que representa el caso de una mezcla

11

de A y B en diferentes proporciones, el componente B se separa cuando la

mezcla tiene una composicin de 0% a 40% de A. Inversamente, si la mezcla

est constituda por 0% a 60% de B, se observar solamente la separacin del

producto A.

El punto de congelamiento inicial para toda composicin cae sobre la

lnea que marca el lmite del rea lquida. A una composicin lquida

determinada y a una temperatura correspondiente a un punto en esta lnea,

puede existir un equilibrio entre dos fases y el lquido debe tener la

composicin indicada a cada temperatura cuando est en equilibrio con la fase

slida.

Cuando el sistema se encuentra a una temperatura dada o a una

composicin que est comprendida en las regiones marcadas "lquido + slido"

(A+ lquido o B + lquido), ste est formado por dos fases en equilibrio. Por

ejemplo, en el diagrama de fases de la figura 3, a una temperatura t

corresponde una mezcla de B puro y de un lquido que contiene 40% de A 60%

de B.

El punto de interseccin, E, de las dos curvas que separan la zona

lquida y la zona donde el lquido se encuentra en equilibrio con el slido, se

llama "punto eutctico" (del griego: "fusin fcil") y es la temperatura ms baja

a la cual puede existir la fase lquida. A este punto corresponde una

temperatura y una composicin determinada que, para la mezcla del diagrama

de la figura 1.3, corresponde a 40% de A y 60% de B. Un lquido de esta

composicin, al enfriamiento forma dos fases slidas separadas, A y B puras.

Cuando una mezcla fundida posee un diagrama de fases como ste, la ltima

gota de lquido contiene siempre la composicin eutctica y es solamente en

el punto eutctico que los dos slidos se separan. El enfriamiento de las

mezclas para cualquier otra composicin no dar lugar a la separacin de una

sola fase slida.

12

Figura 3. Diagrama de equilibrio solido liquido en una mezcla binaria de slidos.

El diagrama de fases representado en la figura 3, es un diagrama

idealizado ya que siempre existe una cierta solubilidad de una substancia en

la otra. En estos sistemas, cuando la solubilidad de una substancia en la otra

al estado slido es significativa, se dice que existe una solucin slida. En la

prctica se considera que existe una solucin slida cuando la solubilidad de

una substancia en la otra al estado slido sobrepasa el 5%, concepto que ha

sido discutido posteriormente por otros autores.

Sistema Agua - NaCl

La mezcla frigorfica (o criognica): El papel de la sal

La mezcla frigorfica, como se ha dicho, est formada por hielo y sal

gruesa. Vamos a tratar de explicar cmo acta de dos formas diferentes. La

primera, centrndonos en el mecanismo de interaccin entre las molculas e

iones presentes en el sistema, un modo bastante intuitivo y no por ello menos

13

riguroso (Walker, 1984). La segunda explicacin que vamos a dar, ms

rigurosa, est basada en la termodinmica.

El funcionamiento de la mezcla Frigorfica

Supongamos que se parte de agua pura que se enfra, no importa ahora

por qu mecanismo. El enfriar significa extraer energa de lquido,

concretamente, energa cintica de sus molculas. Cuando se alcanza los 0

C, a 1 atm, empiezan a producirse cristales de hielo. Si se continua

extrayendo calor las molculas de agua que se van ralentizando chocan con

el hielo y se incorporan al cristal (no se olvide que la temperatura representa

una medida promedio de la energa cintica molecular). Sin embargo, en estas

condiciones, algunas de las molculas del cristal de hielo se liberan y vuelven

al lquido.

Existe pues un estado de equilibrio y la temperatura permanece

constante. En algunos casos, por ejemplo si se enfra muy lentamente, es

posible bajar del punto de congelacin sin que se forme hielo, es el subenfriado

(se trata de un estado metaestable), existe un equilibrio entre slido y liquido.

Cuando prcticamente toda el agua se ha solidificado contina el descenso de

la temperatura, pero ahora el calor especfico ha cambiado de valor, ha

pasado, aproximadamente, de 1 cal/C g (el del agua) a 0,5 cal/C g (el del

hielo).

Si en el seno del lquido hay una sal soluble, por ejemplo cloruro de

sodio, que es el componente mayoritario de la sal comn, parte de sta se

disuelve en el lquido que rodea el hielo formando una disolucin saturada que

ya no est en equilibrio con el hielo debido a su menor presin de vapor

(debido a que algunas molculas de agua estn atradas por los iones que

provienen de la sal). Para alcanzar el equilibrio la disolucin tiende a diluirse y

14

el hielo a enfriarse, lo que se logra por fusin parcial de hielo que extrae el

calor necesario enfriando el sistema, sobre todo debido al calor latente de

fusin (y tambin en mucho menor grado, al de disolucin), como el sistema

esta abierto en contacto por una parte con la masa a helar y por otra parte con

el medio, se produce una extraccin de calor de ambos. Como las paredes de

la heladera son malas conductoras del calor, la mayor parte se extrae de la

mezcla a helar, a travs de las paredes metlicas del recipiente.

Evidentemente, como la sal est en exceso, continua disolvindose en

el agua de fusin con lo que el proceso no se estabiliza hasta que se alcanza

el equilibrio entre la disolucin saturada, el hielo, y la sustancia soluble en

exceso.

El papel de la sal puede explicarse del siguiente modo. En ausencia de

la sal hay un equilibrio entre las molculas de agua lquida y las el hielo, de

modo que ambas velocidades, de congelacin y fusin se igualan. La

presencia de iones Na+ y Cl- hace que algunas molculas de agua, debido a

su carcter dipolar se unan a ellos formando una agregado. Se dice entonces

que los iones estn solvatados. Estos racimos tambin chocan con el hielo,

pero no se quedan en l, en suma, la velocidad de congelacin es menor y el

equilibrio se destruye. En consecuencia, debido a que la velocidad de fusin

no cambia, el hielo en trminos netos funde, lo que trae como consecuencia,

por una parte un descenso de la temperatura, por otro una disminucin de la

concentracin de la disolucin. Si se agota el soluto libre se alcanzar un

nuevo equilibrio pero a una temperatura inferior a cero, si no la temperatura

seguir descendiendo hasta el punto eutctico.

En cualquier caso, el sistema no est aislado y habr un paso de calor,

principalmente del helado, en consecuencia el hielo continuar fundiendo para

compensar el efecto.

15

La explicacin Termodinmica

Para empezar conviene un pequeo repaso sobre el equilibrio entre

fases. Es de utilidad el uso de un diagrama de fases de la mezcla, que como

es sabido es una representacin de alguna variable termodinmica,

normalmente la temperatura, frente a la concentracin. El sistema agua

cloruro sdico forma un sistema eutctico descrito en el diagrama de la figura

Figura 4. Diagrama de fases del agua NaCL a 1 atm de presin.

El diagrama de fases de las sustancias como la sal y el agua presenta

cinco zonas diferenciadas, (Daz Pea 1976; Zemansky, 1979), separadas por

sendas curvas. La superior AEC, es la llamada liquidus corresponde al

equilibrio entre la disolucin y una de las dos fases slidas. La recta horizontal

tangente a la anterior por el punto de no derivabilidad se suele llamar solidus.

Supngase un disolucin a una concentracin determinada. La curva

EC corresponde al equilibrio entre las fases descritas en la grfica. En la zona

superior aparece otra regin, que no es relevante para la explicacin que se

va a dar, est muy por fuera de la zona de trabajo pero que tiene inters por

estar relacionado con la reaccin qumica Zemansky (1979).

16

Recordando la regla de las fases, deducida por Gibbs en 1875, segn

la cual:

Donde F es el nmero de grados de libertad, c el nmero de

componentes y el nmero de fases

En la regin por encima de la curva AEC hay dos fases, disolucin y

vapor, por tanto el sistema tiene dos grados de libertad y en consecuencia

puede existir equilibrio a cualquier temperatura y composicin.

En la curva AE coexisten dos componentes, sal y agua, y tres fases,

vapor de agua, disolucin y hielo, con lo cual el nmero de grados de libertad

es 1 en consecuencia para cada temperatura solo es posible el equilibrio a una

composicin dada, precisamente los pares temperatura composicin de

equilibrio representados por la curva AE. Lo mismo cabe decir de la lnea EC.

Si esta disolucin se enfra, dependiendo de la concentracin llegar a

la rama AE o EC de la curva de equilibrio. Si llega a la primera, empezar a

separar cristales de hielo, mientras que si corta la rama EC, lo que separar

sern cristales de sal. Justo en el punto E separar cristales de hielo y sal, es

el eutctico (del griego que funde fcilmente).

En el caso que nos ocupa, y suponiendo el sistema aislado, ste

inicialmente no est en equilibrio y algo de hielo funde y el agua disolver algo

de sal. Esta disolucin saturada no estar en equilibrio con el hielo de modo

fundir ms hielo, y en consecuencia disminuir la temperatura de la disolucin

pero al fundir disolver ms sal con lo que el equilibrio volver a romperse, ello

hasta alcanzar el punto E.

Puesto que el sistema es abierto la situacin no ser exactamente la

descrita, sino que el sistema obtendr calor del exterior. Como el recipiente de

17

la mezcla es metlico, y la heladera se ha construido con un material mal

conductor, madera en las clsicas, un polmero bastante grueso en las

actuales, la mayor parte del calor lo obtendr de la mezcla a helar, dado,

adems que existe un gradiente de temperatura entre la mezcla frigorfica y la

crema que facilita la transmisin del calor.

A estas mezclas de hielo y sal se las llama comnmente mezclas

frigorficas o criognicas, del griego generador de fro.

La formacin del Helado

En la preparacin para helar empezarn a formarse cristales en las

paredes del recipiente, debido a su carcter buen conductor, pero las paletas

y el rascador que llevan acoplado, rascarn estos cristales y los irn

incorporando a la mezcla. No interesa pues un enfriamiento demasiado rpido,

para que los cristales no crezcan en exceso y puedan incorporase al conjunto,

juntamente con burbujas de gas que el propio batido ir incorporando, todo

ellos dar una consistencia cremosa al helado en consecuencia no debe

aadirse excesiva sal a la mezcla frigorfica.

Si por va de comparacin se prepara el helado en el congelador de la

nevera, se ver cmo se congela formando un bloque. El problema puede

minimizarse si se tiene la precaucin de batir de vez en cuando el preparado,

con objeto de evitar que los cristales crezcan en exceso y haciendo que la

mezcla a helar contenga bastante grasa (nata) y una malla protenica bastante

firme (clara de huevo batida, por ejemplo).

Existen heladeras caseras que consisten en un recipiente con un batidor

con motorcito elctrico incorporado, cuyo cable de alimentacin est diseado

para poder sacarse de congelador y enchufarse a la red. Otros incorporan un

depsito con un lquido frigorfico, que debe dejarse un tiempo suficiente en el

18

congelador para se congele inmediatamente se incorpora la mezcla a helar.

Ambas tienen el problema aadido de su reducido tamao. No son pues aptas

para golosos o familias numerosas.

Lo dicho se puede aplicar tambin a la crema, aunque la situacin se

complica por la presencia de gasas, lecitina etc., lo que es obvio es que se

encontrar siempre a una temperatura mayor que la mezcla frigorfica y que

contendr cristales de la mezcla soluble, y de hielo.

19

CAPITULO II

SISTEMA PERITCTICO

El sistema Forsterita-Anortita-Slice (Fo-An-SiO2) de la Fig. 7-2, es

combinacin del sistema eutctico binario Di-An , el sistema peritectico binario

Fo-SiO2 y el sistema eutctico binario An-SiO2, que tiene un mnimo del

liquidus con el 52% peso de An a 1368C y que en conjunto definen el sistema

ternario peritectico.

Dejando de lado la pequea proporcin de mezcla fundida a partir de

las cuales cristalizan espinelas, las mezclas de anortita (An), forsterita (Fo) y

slice (SiO2), se trata como un sistema ternario peritctico.

La presencia de anortita no afecta a la relan de reaccin entre Fo y

piroxeno (Px), excepto que la reaccin se produce en un intervalo de

temperaturas en mezclas fundidas cuyas composiciones varan a lo largo de

la curva QR a medida que ocurre la reaccin.

Un lquido de composicin a original P por enfriamiento del liquidus,

produce Fo a la largo de la curva PS, con el descenso de temperatura y

considerando al sistema isobrico a 0,1 MPa, la condicin de los tres

componentes es para: V = 3 2 + 1 = 2 y la composicin de lquido se mueve

directamente desde el vrtice Fo, por reaccin continua, hasta S en la curva

lmite entre Fo y En, con V = 3 3 + 1 = 1, este lquido sigue ahora la curva

peritectica SR de (Fo-SiO2) hasta el punto R, en la que la Fo entra en solucin

mientras se forma Px desde el fundido debido a la reaccin con el lquido

(cristalizacin por reaccin) que se expresa por:

20

Lquido 1 + Fo = Lquido 2 + En

En R, punto invariante, la temperatura y la composicin del lquido

permanecen constantes mientras la Fo contina disolvindose y perdura la

separacin progresiva de An y Px. La reaccin cesa cuando se agota la fase

lquida y el producto final es una mezcla cristalina de Fo, An y Px.

A partir de un lquido T, el comportamiento es similar, excepto que la Fo

y el lquido se agotan simultneamente en R, quedando slo Px y An. En el

caso de un lquido original U, el curso es similar hasta S y R. La reaccin en

R, se termina por solucin completa de la Fo, mientras queda algo de lquido,

que evoluciona a lo largo de RE, con descenso de la temperatura, mientras

cristaliza An y Px. En E aparece la cristalizacin eutctica de An-Pxtridimita.

Un lquido original S, sigue un curso distinto, puesto que el Px es ahora

la primera fase slida que se forma. El fundido vara desde S hasta V con

cristalizacin de Px y desde V hasta E con separacin de Px y An. Nuevamente

aparece en E la cristalizacin eutctica (Px-An- SiO2) que contina hasta que

se agota el lquido.

Los lquidos T, U y S son todos derivados de la mezcla fundida P

considerada originalmente. De esto se deduce que por cristalizacin

fraccionada apropiada, se separarn cristales de Fo cuando el lquido alcanza

las composiciones T, U o S, sucesivamente, que pueden dar lugar a rocas

finales diferentes, a partir de una mezcla fundida untrabsica primitiva P. Los

productos finales pueden ser: Ol-Px-An (gabro olivnico); Px-An (gabro o

norita) y Px-An-SiO2 (gabro cuarcfero), que muestran un amplio grado de

fraccionamiento. Asimismo se observa que el efecto de la cristalizacin

fraccionada sobre la diferenciacin aumenta, cuando un tercer componente

(An) se aade al sistema binario que incluye un componente (Px) de fusin

incongruente.

21

Volviendo a los derivados del fundido inicial P, si separa en S el olivino

formado, se puede producir otra serie de mezclas fundidas SV que

evolucionan formando Px-An.

Como es la reaccin peritctica, para la composicin original P que tiene

suficiente Fo para que no sea consumida por la reaccin con el lquido

remanente hasta el punto R en el que la An-Fo-Px y lquido producen un punto

invariante (V = 3 4 + 1 = 0). En este punto invariante la siguiente reaccin

discontinua tiene lugar:

Lquido = Fo + Px + An

Este sistema permanece a 1270C hasta que el lquido es consumido

por la reaccin y la asociacin final ser de Fo-Px-An, en las proporciones

relativas que se determinan por la regla de Lever.

Peritctica

Una reaccin en la que, al enfriarse, una fase slida y lquida

transformacin isotrmica y reversiblemente a una fase slida que tiene una

composicin diferente.

Transformaciones peritctico tambin son similares a las reacciones

eutcticas. Aqu, una fase lquida y slida de proporciones fijas reaccionar a

una temperatura fija para producir una sola fase slida. Dado que las formas

de productos slidos en la interfaz entre los dos reactivos, se puede formar

una barrera de difusin y por lo general provoca tales reacciones para

proceder mucho ms lentamente que las transformaciones eutcticas o

eutectoide. Debido a esto, cuando una composicin peritctica solidifica no

muestra la estructura laminar que se encuentra con la solidificacin eutctica.

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Existe tal transformacin en el sistema hierro-carbono, como se ve

cerca de la esquina superior izquierda de la figura. Se asemeja a un eutctico

invertida, con la fase d combinar con el lquido para producir pura austenita a

1495 C y 0,17% de carbono.

Descomposicin peritctica. Hasta este punto en las transformaciones

de debate se han abordado desde el punto de vista de la refrigeracin. Ellos

tambin pueden ser discutidos tomando nota de los cambios que se producen

a algunos compuestos qumicos slidos a medida que se calientan. En lugar

de fusin, a la temperatura de descomposicin peritctica, el compuesto se

descompone en otro compuesto slido y un lquido. La proporcin de cada uno

se determina por la regla de la palanca. El vocabulario cambia ligeramente. Al

igual que el enfriamiento de agua, lo que conduce a hielo, se denomina

congelacin, el calentamiento de hielo conduce a la fusin. En el diagrama de

Al-Au fase, por ejemplo, se puede observar que slo dos de las fases de fusin

congruente, y AuAl2 Au2Al. El resto peritectically descomponga.

Peritectoide

Reaccin de tres fases, por la que dos fases slidas se transforman en

otra slida. Recristalizacin: Proceso de formacin de nuevos granos. Para

que se produzca la recristalizacin es preciso deformar previamente al

material. Existe una temperatura por encima de la cual se produce la

recristalizacin, cuyo valor depende de la deformacin previa.

23

Diagrama Peritectico

Mientras que en el caso del diagrama con punto eutctico ste es

inferior a la temperatura de fusin de ambos metales puros, otros diagramas

presentan un punto singular en la lnea de liquidus de temperatura inferior a la

de uno de los metales y superior a la del otro. En la siguiente figura 5, se

representa uno de estos diagramas.

Figura 5. Diagrama con punto Peritectico.

Todas las aleaciones comprendidas entre los puntos M y N sufren la

llamada reaccin peritctica:

LM + N P ; V=2+1-3=0

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Siendo el punto P el peritctico del sistema, en el que la reaccin no

transcurre con exceso de:

Lm de n.

Para las aleaciones entre M y P hay exceso de lquido por lo que:

LM+ N P+LM

Mientras que las comprendidas entre P y N presentan un exceso de

solucin N

Al igual que en el caso del punto eutctico la mxima longitud de las

isotermas de las curvas de enfriamiento se da para el punto peritctico P,

aunque ahora la longitud es menor que las de las reacciones eutcticas, pues

la cantidad de lquido es menor y el calor latente del cambio de estado es muy

superior al calor de transformacin en estado slido. Nuevamente el tringulo

de Tamman define la composicin del punto peritctico, as como el de LM y

N, las curvas de enfriamiento de las aleaciones ms significativas del

diagrama se representan en la siguiente figura 6.

Figura 6. Diagrama binario con pertectico y curvas de enfriamiento. Curva de enfriamiento

lento y microestructura de enfriamiento de aleacin hiperperitectica.

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Mientras que la reaccin peritctica total o la que transcurre con exceso

de lquido no inducen ninguna morfologa particular, sta si que existe para las

reacciones con exceso de solucin slida N, pues para estas aleaciones

hiperperitcticas N queda como micro constituyente disperso embebido en los

granos de N.

En cualquier caso las microestructuras obtenidas en la prctica

industrial pueden variar significativamente con respecto a las previstas por el

diagrama de equilibrio para la reaccin peritctica. Esta reaccin es muy lenta

pues precisa del contacto del lquido con un slido. Y, segn se va formando

la nueva fase slida se dificulta el avance de la reaccin, ya que la fase p,

rodeara a la N, como lo representa la siguiente figura 7.

Figura 7. Fase p rodeado por N.

Para que la reaccin prosiga ser precisa la difusin de tomos a travs

de la corona de p que, por otra parte, cada vez ser ms gruesa aumentando

la distancia de difusin. Las reacciones peritcticas por ello no suelen ser

completas y es poco probable que conduzcan a una fase nica.

26

CAPITULO III

FASES INTERMETALICAS

En muchos sistemas de aleacin se forman fases con propiedades

distintivas. Su composicin se caracteriza por una razn ms o menos fija de

los dos elementos.

En los compuestos intermetalicos la razn es estiqueometrica (de valor

fijo) y se puede denotar como Am y Bn. Las dos especies atmicas A y B ocupan

sitios fijos en la celda unitaria, que con frecuencia es muy grande. Los enlaces

pueden tener caractersticas predominantemente covalentes, con los

electrones compartidos entre los tomos. Aunque se retiene alguna

conductividad elctrica, estos compuestos con frecuencia son frgiles, duros y

con punto de fusin elevado. Los compuestos tambin se pueden formar entre

elementos metlicos y no metlicos. El ejemplo ms importante es el Fe3C, en

aceros.

En algunos casos la fase intermetalica puede existir sobre un rango

amplio de composicin, y entonces se hablara de una fase intermedia, la cual

a menudo tiene una estructura cristalina ordenada, en que los tomos estn

en localizaciones especficas de la red.

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Figura 8. Fases intermetalicas. Muchos compuestos forman dicha fases o una fase

intermedia.

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CONCLUSIONES

En este trabajo se ha concluido que los xitos obtenidos en la

produccin de nuevos aceros empezaron a extenderse a los materiales como

los polmeros y las cermicas, obligando a crear nuevas investigaciones sobre

las propiedades de la materia.

En las investigaciones destaca la bsqueda de propiedades especficas

orientadas a lograr la eficiencia global de los procesos, se incide as en

aspectos como la resistencia a las altas temperaturas, la resistencia mecnica,

la resistencia a la corrosin, as como una mayor eficiencia energtica, a la par

de reducciones en la densidad y en peso, o bien, capacidades conductoras

ampliadas, texturas, transparencia, etc. Estas caractersticas se han logrado

obtener por combinaciones y procesos.

Los diagramas de fases son de gran utilidad para estas investigaciones.

Debido a que al aplicarle a un material cierto tratamiento trmico, el diagrama

de fases ayuda a predecir, por ejemplo, a que temperatura el material lograra

la solidificacin, a que temperatura fundira, a que temperatura lograra el

equilibrio cierta aleacin, averiguar la solubilidad, etc.

A su vez reflejar la importancia y la comprensin de las fases del hierro,

para as determinar su mejor uso y poder sacar un mejor provecho a las

distintas formas en las cuales se pueden hacer aleaciones, en pro de disear

nuevos materiales con caractersticas especficas, los cuales nos lleven a un

mejor uso de los mismos y claramente mejor rentabilidad.

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REFERENCIAS

Daz, F. (2007). Tecnologa de materiales II (1ed). Izcalli, Mxico: Fes-

Cuautitln

Degarmo, E. Paul; Black, J T. y Kohser, Ronald A. (2007). Materials and

Processes in Manufacturing. (10ma ed.). USA: Wiley.

Malishev, A. (1985). Tecnologa de los metales. (7ma ed.). Mosc: Mir

Shey, J. (2002). Procesos de manufactura. (3ra ed.). Mxico: McGraw Hill

Smith, W. (2004). Fundamentos de la ciencia de los materiales. (2da ed.).

Mxico: McGraw Hill